[221]. По крайней мере, Хансену и братьям Вариан казалось, что это первое устройство такого рода, поскольку они не знали о схожем изобретении в Великобритании.
12 сентября 1940 года сверхсекретная делегация из шести человек, в том числе Джон Кокрофт, прибыла в Вашингтон с тем, что американские историки назвали «самым ценным грузом, когда-либо доставленным к нашим берегам»[222]. Они несли жестяной сундук, в котором находилось небольшое медное устройство, а также ряд документов, описывающих ряд других британских изобретений. Соединенные Штаты на тот момент все еще были нейтральной территорией, и план[223] состоял в том, что Великобритания просто передаст эти секреты в обмен на ресурсы для разработки и производства.
Медное устройство внутри сундука было изготовлено физиками Джоном Рэндаллом и Гарри Бутом в Бирмингемском университете в 1939 году. Их изобретение[224], резонансный магнетрон, представляет собой цилиндрический медный блок с большим центральным отверстием, окруженным другими, более маленькими отверстиями, как лепестками цветка. Электроны циркулируют внутри центрального отверстия устройства под воздействием магнита, и когда они проходят мимо «лепестков» или резонаторов, то создают резонанс, который производит электромагнитные волны. Чем меньше устройство, тем более высокочастотные волны оно создает: это устройство работало на частоте 3 ГГц, что очень похоже на частоту клистрона.
И магнетрон, и клистрон могли генерировать высокочастотные импульсы с гораздо меньшей длиной волны, чем существующие радиолокационные системы, что позволило бы радару обнаруживать объекты меньшего размера и использовать более маленькие антенны. Оба устройства были компактными и легкими. Что отличало магнетрон от других, так это то, что он мог генерировать импульсы беспрецедентной мощности и мог использоваться для определения местоположения самолетов на расстоянии многих километров.
Британцы признали перспективность резонансного магнетрона, поэтому держали устройство в секрете, но им не хватало мощностей для разработки технологии в больших масштабах. Связи с усилением немецких бомбардировок было решено поделиться сверхсекретной технологией с США в обмен на помощь. США поначалу неохотно вступили в переговоры, но в конечном итоге поделились собственными разработками прототипов радаров, которые, по их признанию, зашли в тупик. Им требовалось большая мощность передатчика. Когда Джон Кокрофт и его коллеги раскрыли тайну резонансного магнетрона, решение было найдено: его выходная мощность в тысячу раз превышала мощность клистрона. В результате правительство США профинансировало тайное создание Радиационной лаборатории[225] физиками из Массачусетского технологического института, где были собраны воедино множество теорий и компонентов, необходимых для работы высокочастотного радара, – и все это с использованием магнетронной технологии. В то время единственными людьми, имевшими опыт в области высокочастотных технологий, были физики ускорителей, и вскоре они принялись за работу, доводя магнетроны до все большей и большей выходной мощности. Билл Хансен регулярно посещал Массачусетский технологический институт для обучения физиков. На пике развития Радиационной лаборатории в ней работало 4000 человек, и именно там была разработана половина всех радиолокационных систем, использовавшихся во время войны.
Компании начали производить магнетроны в больших масштабах, и Массачусетский технологический институт выбрал местную электронную компанию Raytheon для помощи в разработке. Вскоре такие крупные игроки, как General Electric и Westinghouse, тоже начали производить магнетроны, наряду с более мелкими компаниями вроде Litton Industries, занимавшейся производством вакуумных ламп где-то на промышленных задворках Сан-Франциско, которая помогла братьям Вариан построить первые клистроны.
К 1945 году одна из этих компаний, Raytheon, производила 17 магнетронов в день для Министерства обороны. Однажды один из инженеров, Перси Спенсер, заметил, что, когда он стоял перед магнетроном, у него в кармане растаяла плитка шоколада. Он решил попробовать использовать магнетрон для приготовления пищи, сначала попкорна, который имел оглушительный успех, а затем других продуктов, которые, как он обнаружил, быстро нагревались в металлическом контейнере. Raytheon получила патент на первую микроволновую печь, и ее первая коммерческая версия, Radarange, была примерно 243 см высотой и стоила 5000 долларов. Со временем более компактные и дешевые микроволновые печи, работающие на магнетронах, стали повседневной бытовой техникой, которую мы используем и по сей день. Довольно неожиданный спин-офф радара, но далеко не единственный.
Статья в журнале Saturday Evening Post[226] от 8 февраля 1942 года возликовала: «Клистронный луч еще удивительнее, чем мечтали его изобретатели». В статье говорилось об инженерах по телефонной связи, использующих волны от клистронов для одновременной передачи 600 тысяч разговоров по всей стране, и инженерах по телекоммуникациям, делающих то же самое с изображениями. Их военное применение заключалось не только в обнаружении вражеских самолетов или кораблей: «Направленный вниз с авиалайнера клистронный луч сообщает пилоту, как высоко он летит над землей. Направленный вперед, он вовремя предупреждает пилота о приближающихся горах, чтобы тот мог изменить курс полета».
Клистрон был лицензирован компанией Sperry Gyroscope для коммерческого и военного применения, включая радар, и Рассел и Сигурд Вариан временно переехали на Лонг-Айленд, чтобы работать над этими засекреченными проектами. К 1948 году братья Вариан осознали коммерческий потенциал телевизионного вещания и телекоммуникаций, поэтому они покинули Sperry Gyroscope и вернулись в Калифорнию, где основали компанию Varian Associates[227], производящую клистроны для этих быстро развивающихся рынков.
Главным пользователем магнетронов были британские военные, и в 1953 году был написан отчет, в котором оценивалось качество различных производителей магнетронов в Европе и США. К удивлению GE, Raytheon и Westinghouse, на первом месте оказалась компания Litton Industries. Как, спрашивали себя крупные компании, удалось этой маленькой фирме превзойти их? Litton смогли начать производить магнетроны для радиолокационных систем, потому что у них было ноу-хау в производстве вакуумных ламп, но это никак не отличало их от прочих компаний. Чем обусловлено их преимущество? Все объяснилось их связью с Биллом Хансеном, клистроном и его стремлением создавать ускорители частиц.
Стэнфордская группа не смогла бы построить первые клистроны без сотрудничества с Litton Industries. Компания поставляла компоненты стэнфордской группе и обсуждала их производственные процессы. Именно из этого опыта компания узнала, например, о важности высокого вакуума для создания стабильных устройств высокой мощности. Они знали, как обеспечить контроль качества, чтобы их устройства поддерживали высокий вакуум и чтобы все компоненты оставались чистыми во время производства. Именно этот коммерческий секрет привел их к успеху в создании магнетронов.
Под руководством компаний Litton и Varian в Стэнфордском индустриальном парке начали появляться другие высокотехнологичные компании. Varian и их местные конкуренты привлекли внимание людей, желающих работать в высококвалифицированных технических областях. В течение 10 лет после основания Varian Associates заняла несколько крупных зданий, в которых работало более 1300 человек, с годовым объемом продаж в 20 млн долл.[228] В этот район продолжали прибывать тысячи людей, желающих работать в развивающихся компаниях, производящих микроволновые устройства и вакуумные лампы, или попытать счастья, открыв собственный бизнес по продаже специализированных материалов, высокоточной обработке и предоставлению других услуг. То, что когда-то было захолустьем, стало самым известным технологическим центром в мире – Кремниевой долиной.
Развитие Кремниевой долины и ее роль в совершенствовании технологий – это сложная история, однако именно эти компании создали ту промышленную инфраструктуру, которая сделала это развитие возможным. Именно эта концентрация высокотехнологичных навыков подготовила благодатную почву, на которой выросла полупроводниковая промышленность в конце 1950-х и 1960-х годах[229]. А совсем неподалеку, в Стэнфордском университете, это также позволило совершить одно из крупнейших открытий века в физике.
Как и у многих физиков, работа Хансена была прервана войной, и его мечта о создании ускорителя частиц для физических исследований была отложена. После войны проекты мощных магнетронов и клистронов были рассекречены, и внезапно физики ускорителей по всему миру получили промышленную и недорогую технологию, позволяющую вывести ускорители частиц на новый уровень. Хансен вернулся к своей первоначальной идее: создать ускоритель электронов. Но теперь магнетроны и клистроны – радиочастотные источники питания – могли подавать энергию в ускорители нового типа. Наконец идея Видероэ, сформулированная еще в 1920-х годах, – линейный ускоритель – могла полностью реализоваться.
Вместо подачи высокого напряжения, как во времена Кокрофта и Уолтона, Хансен планировал пропускать частицы через радиочастотные резонаторы, чтобы они получали энергию. Он спроектировал систему в виде серии точно обработанных медных резонаторов с отверстием для прохождения луча – ускоряющих резонаторов. Чтобы генерировать электромагнитные волны, они должны были питаться от клистрона, который был выбран отчасти потому, что создатель системы участвовал в его изобретении. Внутри ускоряющих резонаторов эти волны должны были колебаться таким образом, чтобы электрическое поле давало толчок вперед, заставляя частицы двигаться быстрее. Ученый знал, что если бы он мог перепроектировать клистрон так, чтобы он выдавал достаточно высокую радиочастотную мощность, то толчок вперед и энергия, которую частица получит при прохождении через ускоряющие резонаторы, были бы существенными. Линейные ускорители электронов теперь потенциально могут быть компактными и эффективными благодаря новым радиочастотным источникам питания.